Ứng suất bề mặt nén trong kính cường lực cải thiện khả năng chống va đập và sốc nhiệt như thế nào?

Ứng suất bề mặt nén trong kính cường lực giúp tăng cường đáng kể khả năng chống va đập và sốc nhiệt, làm cho nó bền hơn và bền hơn nhiều so với kính không cường lực hoặc kính ủ. Đây là cách nó hoạt động:

Khả năng chống va đập:
Nén bề mặt và sức mạnh:
Trong quá trình ủ, thủy tinh được nung nóng đến nhiệt độ cao (khoảng 620–700°C) và sau đó được làm lạnh nhanh chóng (làm nguội) bằng các luồng khí lạnh. Quá trình làm mát nhanh chóng này làm cho các lớp kính bên ngoài đông đặc nhanh hơn các lớp bên trong, tạo ra ứng suất nén trên bề mặt và ứng suất kéo ở bên trong.
Kết quả: Ứng suất nén trên bề mặt đóng vai trò như một rào cản đối với các vết nứt. Khi kính cường lực bị va đập, ứng suất nén giúp ngăn chặn sự lan rộng của các vết nứt do bề mặt bị nén và ít có khả năng bị vỡ hơn.
Khả năng chống va đập: Điều này có nghĩa là kính cường lực có khả năng chống vỡ dưới tác động tốt hơn nhiều. Ngay cả khi tác dụng lực lên bề mặt, ứng suất nén vẫn giúp kính không bị nứt dễ dàng. Nếu các vết nứt hình thành, chúng có xu hướng nhỏ và cùn, giảm nguy cơ chấn thương so với kính truyền thống vốn có thể vỡ thành các mảnh sắc nhọn.

Khả năng chống sốc nhiệt:
Làm mát vi sai:
Quá trình làm nguội tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và lõi kính. Bề mặt nguội đi và co lại nhanh hơn các lớp bên trong, dẫn đến sự tích tụ ứng suất nén ở bề mặt và ứng suất kéo bên trong lõi.
Cân bằng ứng suất nhiệt: Thủy tinh, giống như hầu hết các vật liệu, nở ra khi nóng lên và co lại khi nguội đi. Nếu một mảnh thủy tinh tiếp xúc với sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng (sốc nhiệt), các lớp bên trong muốn giãn nở hoặc co lại nhiều hơn các lớp bên ngoài.
Lực nén bảo vệ khỏi sốc nhiệt: Trong kính cường lực, ứng suất bề mặt nén sẽ chống lại các nội lực này. Nếu kính chịu sự thay đổi nhiệt độ đột ngột (ví dụ: nước nóng bắn vào cửa sổ lạnh), ứng suất nén sẽ giúp kính không bị nứt. Ứng suất kéo bên trong (thường làm cho kính dễ bị nứt hơn dưới tác dụng của nhiệt) sẽ bị trung hòa bởi lực nén bề mặt. Đây là lý do tại sao kính cường lực có thể chịu được sự chênh lệch nhiệt độ cao hơn nhiều (thường gấp 3 đến 4 lần so với kính ủ) mà không bị nứt.

Độ bền nâng cao tổng thể:
Sự kết hợp giữa lực nén bề mặt và sức căng bên trong làm cho kính cường lực cứng hơn và có khả năng chịu được áp lực vật lý và nhiệt cao hơn. Nó có thể hấp thụ và phân bổ ứng suất hiệu quả hơn, khiến nó trở nên lý tưởng để sử dụng trong các ứng dụng có khả năng chống va đập và khả năng xử lý biến động nhiệt độ là rất quan trọng—chẳng hạn như trong cửa sổ ô tô, cửa lò nướng và vách tắm.